JP6693287B2

JP6693287B2 - 蒸気過熱システム

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Publication number: JP6693287B2
Application number: JP2016119187A
Authority: JP
Inventors: 純也明日; 雅志後藤; 智浩大久保; 立季小林; 將仙波
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2020-05-13
Anticipated expiration: 2036-06-15
Also published as: JP2017223407A

Description

本発明は、蒸気過熱システムに関する。

ボイラ等の蒸気発生装置によって発生させた飽和蒸気を蒸気過熱装置によって過熱し、負荷機器に過熱蒸気を供給する蒸気過熱システムが知られている。例えば、特許文献１には、蒸気発生装置によって発生させた蒸気の乾き度に関するパラメータに基づいて蒸気過熱装置を制御し、蒸気の過熱度を所定の過熱度に制御する蒸気過熱システムが記載されている。

特開２０１４−５５６９４号公報

蒸気過熱システムにおいて、複数の蒸気過熱装置を並列配置し、これらの蒸気過熱装置から供給される過熱蒸気を集合して負荷機器に供給する場合がある。このような蒸気過熱システムでは、負荷機器の要求負荷に応じて蒸気過熱装置の稼働台数を増減変更する台数制御を行いながら、負荷機器に必要な量の過熱蒸気を供給している。例えば、負荷機器に供給すべき過熱蒸気量が増えた場合は、過熱を行う蒸気過熱装置の台数を増やすことで、蒸気過熱システム全体で供給できる過熱蒸気量を増やして負荷機器に必要な過熱蒸気量を供給する。

しかし、複数の蒸気過熱装置を並列配置する蒸気過熱システムでは、システム稼働中に燃焼を行う蒸気過熱装置の台数を増やすと、負荷機器に供給される過熱蒸気の温度が一時的に低下するおそれがあった。追加された蒸気過熱装置が燃焼を開始した当初は、当該蒸気過熱装置の内部の温度が低い状態にあるため、飽和蒸気が十分な温度まで加熱されないまま当該蒸気過熱装置から排出されてしまい、蒸気過熱システム全体として負荷機器に供給する過熱蒸気の温度低下を招くおそれがあった。

本発明は、複数の蒸気過熱装置を備える蒸気過熱システムにおいて、蒸気の過熱度を所定の過熱度に制御し、負荷機器に過熱蒸気を安定的に供給できる構成を提供することを目的とする。

本発明は、上流側が蒸気発生装置に接続されるメイン蒸気供給ライン及び該メイン蒸気供給ラインから分岐する複数の分岐蒸気供給ラインを有する蒸気供給ラインと、前記複数の分岐蒸気供給ラインそれぞれに配置される複数の流量調整弁と、前記複数の分岐蒸気供給ラインの下流側にそれぞれ接続され、該分岐蒸気供給ラインから供給される飽和蒸気を過熱する複数の蒸気過熱装置と、上流側がそれぞれ前記複数の蒸気過熱装置に接続され該蒸気過熱装置で過熱された過熱蒸気が流通する複数の過熱蒸気ライン及び該複数の過熱蒸気ラインの下流側が接続され該複数の過熱蒸気ラインを流通した過熱蒸気が集合される過熱蒸気集合ラインを有する過熱蒸気供給ラインと、前記複数の過熱蒸気ラインそれぞれに対応して配置され該過熱蒸気ラインにおける過熱蒸気の温度を検出する複数の過熱蒸気温度センサと、前記過熱蒸気集合ラインの下流側に接続される過熱蒸気ヘッダと、前記過熱蒸気ヘッダの内部の圧力を検出するヘッダ圧力センサと、前記複数の蒸気過熱装置を制御する制御部と、を備え、前記複数の蒸気過熱装置は、前記複数の過熱蒸気温度センサそれぞれにより検出された過熱蒸気検出温度に基づいて連続的に該蒸気過熱装置の燃焼量を制御する蒸気過熱装置制御部を備え、前記制御部は、要求負荷に応じて過熱を行う蒸気過熱装置を設定する台数設定部と、前記台数設定部により過熱を行う蒸気過熱装置に設定された蒸気過熱装置について、前記ヘッダ圧力センサにより検出された前記過熱蒸気ヘッダ検出圧力値が所定の圧力値を保つように、前記流量調整弁の開度を連続的に制御する蒸気流量制御部と、を備える蒸気過熱システムに関する。

また、前記複数の分岐蒸気供給ラインそれぞれに配置され、前記分岐蒸気供給ラインを流れる蒸気の流量を検出する複数の蒸気流量計を備え、前記制御部は、さらに、燃焼中の前記蒸気過熱装置について前記蒸気流量計により検出された蒸気検出流量値の合計（実際蒸気流量）と、燃焼中の前記蒸気過熱装置の最大蒸気流量値の合計との差である余力蒸気量を算出する余力蒸気量算出部と、前記余力蒸気量算出部により算出された余力蒸気量が予め設定された変動可能蒸気量を下回った状態が予め設定された第１時間継続する増台判定条件を満たすか否かを検知する増台判定部と、を備え、前記台数設定部は、前記増台判定部により前記増台判定条件を満たすことが検知された場合、燃焼停止中の前記蒸気過熱装置を選択し、新たに過熱を行う蒸気過熱装置として設定することが好ましい。

また、前記増台判定部により前記増台判定条件を満たすことが検知された場合、前記蒸気流量制御部は、前記台数設定部により新たに過熱を行う蒸気過熱装置として設定された蒸気過熱装置に対して、第１の流量にて飽和蒸気を供給するように前記流量調整弁を制御し、前記新たに設定された蒸気過熱装置について前記過熱蒸気温度センサの温度検出値が所定温度以上となった場合に、前記新たに設定された蒸気過熱装置の過熱蒸気量をさらに増加させるように前記流量調整弁を制御するとともに、既に燃焼している蒸気過熱装置の過熱蒸気量を減少させるように前記流量調整弁を制御することが好ましい。

また、前記蒸気流量制御部は、前記新たに設定された蒸気過熱装置について前記過熱蒸気温度センサの温度検出値が所定温度以上となった場合に、前記新たに設定された蒸気過熱装置の過熱蒸気量を増加させ、前記既に燃焼している蒸気過熱装置のヒータ制御部は、前記ヘッダ圧力センサにより検出される前記過熱蒸気ヘッダ検出圧力が一定になるように前記流量調整弁を制御し、過熱蒸気量を減少させることが好ましい。

また、前記蒸気流量制御部は、前記新たに設定された蒸気過熱装置について前記過熱蒸気温度センサの温度検出値が所定温度以上となった場合に、前記新たに設定された蒸気過熱装置の過熱蒸気量の増加速度が、予め設定された第１速度を超えないように前記流量調整弁を制御することが好ましい。

また、前記蒸気流量制御部は、前記新たに設定された蒸気過熱装置について前記過熱蒸気温度センサの温度検出値が所定温度以上となった場合に、該過熱蒸気温度センサの温度検出値の目標温度からの偏差と、既に燃焼している前記蒸気過熱装置の前記過熱蒸気温度センサの温度検出値の前記目標温度からの偏差と、が互いに相殺されるように、前記流量調整弁を制御することが好ましい。

本発明によれば、複数の蒸気過熱装置を備える蒸気過熱システムにおいて、負荷装置に対して負荷に応じて必要な蒸気流量を供給するとともに、過熱蒸気の温度を目標温度に維持し、負荷機器に過熱蒸気を安定的に供給できる。

本発明の一実施形態である蒸気過熱システムを概略的に示した図である。台数制御部の構成を示す機能ブロック図である。本実施形態の増台制御時の動作を概略的に示すタイミングチャートである。本実施形態の減台制御時の動作を概略的に示すタイミングチャートである。

以下、本発明の蒸気過熱システムの好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の蒸気過熱システム１は、蒸気発生装置としてのボイラから供給される飽和蒸気を過熱し、負荷機器に供給するシステムである。なお、本明細書における「ライン」とは、流路、経路、管路等の流体の流通が可能なラインの総称である。

図１に示すように、蒸気過熱システム１は、複数のヒータ２０と、蒸気供給ライン１０と、燃料供給ライン３０と、過熱蒸気供給ライン４０と、過熱蒸気ヘッダ４３と、ヘッダ圧力センサ５２と、ヘッダ温度センサ５３と、制御部としての台数制御部６０と、を備える。

［ヒータ２０について］
ヒータ２０は、飽和蒸気を過熱して過熱蒸気を生成するものであり、本実施形態の蒸気過熱システム１では、複数のヒータ２０が並列配置される。各ヒータ２０は、ガス焚きの燃焼バーナ方式の蒸気過熱装置であり、これらのヒータ２０で過熱された過熱蒸気が集合されて負荷機器（図示省略）に供給される。

ヒータ２０の構成について説明する。本実施形態のヒータ２０は、筐体２５と、蒸気流通パイプ２６と、バーナ（図示省略）と、ヒータ制御部２１と、を備える。

筐体２５は、その内部に蒸気流通パイプ２６やバーナ等を収容する。蒸気流通パイプ２６は、筐体２５の内部にらせん状に形成されて配置される。バーナは、筐体２５の上部であって、らせん状に形成される蒸気流通パイプ２６の内側の領域に配置される。
また、バーナは、パイロットバーナ及びメインバーナによって構成されている。本実施形態では、蒸気流通パイプ２６の内側の領域（燃焼室）をプレパージするプレパージ工程、パイロットバーナを着火する着火トライ工程、パイロットバーナのみを燃焼させるパイロットオンリー工程、メインバーナを点火するメイントライ工程等を経て燃焼が開始される。バーナの燃焼によって蒸気流通パイプ２６を通過する飽和蒸気が過熱されて過熱蒸気が生成される。

ヒータ制御部２１は、着火や燃焼等に関するバーナの制御や燃焼停止をヒータ２０ごとに行う。本実施形態の各ヒータ２０のヒータ制御部２１は、後述する台数制御部６０に電気的にそれぞれ接続されている。
ヒータ制御部２１は、台数制御部６０からの制御信号に基づいて、ヒータ２０の燃焼制御の開始、又はヒータ２０の燃焼停止を制御する。また、ヒータ制御部２１は、台数制御部６０からの制御信号に基づいて、過熱蒸気の目標温度及び要求される過熱蒸気量（以下「必要蒸気量」ともいう）を設定する。

ヒータ制御部２１は、必要蒸気量に基づいて流量調整弁１４の開度を調整する。
このように、台数制御部６０は、ヒータ２０が必要蒸気量を生成するように、ヒータ制御部２１を介して、流量調整弁１４の開度を調整する。

また、ヒータ制御部２１は、過熱蒸気温度センサ５１により検出される過熱蒸気検出温度が目標温度を維持するように、連続的にバーナの燃焼量を制御する。
このように、ヒータ２０によって過熱される過熱蒸気の過熱蒸気温度は、各ヒータ側で個別に比例制御される。

［蒸気供給ライン１０］
蒸気供給ライン１０は、飽和蒸気をヒータ２０に供給する供給経路である。本実施形態の蒸気供給ライン１０は、メイン蒸気供給ライン１１と、該メイン蒸気供給ライン１１から分岐する複数の分岐蒸気供給ライン１２と、を備える。

メイン蒸気供給ライン１１は、蒸気発生装置としてのボイラ（図示省略）に接続されている。本実施形態のメイン蒸気供給ライン１１は、ボイラで生成された飽和蒸気が集合する飽和蒸気ヘッダ（図示省略）を介してボイラに接続されている。飽和蒸気ヘッダに集合した飽和蒸気は、このメイン蒸気供給ライン１１を通じて複数に分岐する分岐蒸気供給ライン１２にそれぞれ送られる。

分岐蒸気供給ライン１２は、その上流側の端部がメイン蒸気供給ライン１１に接続されるとともに、その下流側の端部がヒータ２０の蒸気流通パイプ２６の上流側端部に接続される。分岐蒸気供給ライン１２は、ヒータ２０の台数に応じて複数分岐している。メイン蒸気供給ライン１１を通じて送られた飽和蒸気は、分岐蒸気供給ライン１２を通じて各ヒータ２０に供給される。

また、本実施形態の分岐蒸気供給ライン１２には、蒸気流量計１３と、流量調整弁１４と、ドレンライン１５と、スチームトラップ１６と、ドレン排出弁１７と、が配置される。

蒸気流量計１３は、分岐蒸気供給ライン１２のそれぞれに配置され、分岐蒸気供給ライン１２を流れる蒸気の流量を測定する。蒸気流量計１３の測定情報は、直接又はヒータ制御部２１を介して台数制御部６０に送信される。

流量調整弁１４は、分岐蒸気供給ライン１２における蒸気流量計１３の下流側にそれぞれ配置される。流量調整弁１４は、分岐蒸気供給ライン１２を流れる蒸気の流量を調整可能に構成される電動式の流量調整弁である。前述したように、流量調整弁１４は、台数制御部６０により、ヒータ制御部２１を介して制御される。

ドレンライン１５は、その上流側の端部が分岐蒸気供給ライン１２における流量調整弁１４の下流側にそれぞれ接続される。ドレンライン１５の下流側は、２つに分岐している。

スチームトラップ１６は、ドレンライン１５のそれぞれに配置される。ドレンは、スチームトラップ１６で分離され、回収される。

ドレン排出弁１７は、ドレンライン１５のそれぞれに、スチームトラップ１６と並列に配置される。ドレン排出弁１７は、例えば、開閉制御可能な電磁弁により構成される。
なお、ドレン排出弁１７によりヒータ２０の起動時の初期ドレンを排出させることができる。

［燃料供給ライン３０］
燃料供給ライン３０は、燃料ガスをヒータ２０に供給する燃料ガス供給経路である。本実施形態の燃料供給ライン３０は、メイン燃料供給ライン３１と、メイン燃料供給ライン３１から分岐する複数の分岐燃料供給ライン３２と、を備える。

メイン燃料供給ライン３１は、その上流側の端部が燃料ガス供給源（図示省略）に接続される。燃料ガス供給源から供給された燃料ガスは、メイン燃料供給ライン３１を通じて複数に分岐する分岐燃料供給ライン３２にそれぞれ送られる。

分岐燃料供給ライン３２は、その上流側の端部がメイン燃料供給ライン３１に接続されるとともに、その下流側の端部がヒータ２０に接続される。分岐燃料供給ライン３２は、ヒータ２０の台数に応じて複数分岐している。メイン燃料供給ライン３１を通じて送られた燃料ガスは、分岐燃料供給ライン３２を通じて各ヒータ２０に供給される。

また、本実施形態の分岐燃料供給ライン３２には、燃料調整弁３３が配置される。燃料調整弁３３は、分岐燃料供給ライン３２を流れる燃料ガスの流量を調整可能に構成される電動弁である。

［過熱蒸気供給ライン４０］
過熱蒸気供給ライン４０は、ヒータ２０によって過熱された過熱蒸気を負荷機器に供給するための供給経路である。本実施形態の過熱蒸気供給ライン４０は、複数の過熱蒸気ライン４１と、該過熱蒸気ライン４１が接続される過熱蒸気集合ライン４２と、を備える。

過熱蒸気ライン４１は、その上流側の端部がヒータ２０の蒸気流通パイプ２６の下流側の端部に接続される。また、過熱蒸気ライン４１の下流側の端部は、過熱蒸気集合ライン４２に接続される。ヒータ２０で過熱された過熱蒸気は、この過熱蒸気ライン４１を通じて過熱蒸気集合ライン４２に送られる。また、過熱蒸気ライン４１には、逆止弁等が配置されておらず、過熱蒸気が双方向に移動可能になっている。

過熱蒸気ライン４１には、過熱蒸気温度センサ５１が配置される。過熱蒸気温度センサ５１は、複数の過熱蒸気ライン４１のそれぞれに対応して配置され、ヒータ２０によって過熱された過熱蒸気の温度を測定する。過熱蒸気温度センサ５１の測定情報は、ヒータ制御部２１に送信される。
過熱蒸気温度センサ５１は、例えば過熱蒸気ライン４１又は蒸気過熱装置であるヒータ２０に配置することができる。

過熱蒸気集合ライン４２は、その下流側の端部が過熱蒸気ヘッダ４３に接続される。また、過熱蒸気集合ライン４２についても、逆止弁等が配置されておらず、過熱蒸気が双方向に移動可能になっている。

過熱蒸気ヘッダ４３は、過熱蒸気供給ライン４０を通じて各ヒータ２０で過熱された過熱蒸気を集合し、負荷機器（図示省略）に供給する。

ヘッダ圧力センサ５２は、過熱蒸気ヘッダ４３の内部の圧力を測定する。ヘッダ温度センサ５３は、過熱蒸気ヘッダ４３の内部の温度を測定する。これらの測定情報は、台数制御部６０に送信される。なお、ヘッダ圧力センサ５２により検出される過熱蒸気ヘッダ４３の内部の圧力値を過熱蒸気ヘッダ検出圧力値という。

次に、複数のヒータ２０を制御する蒸気過熱システム１の制御部としての台数制御部６０について説明する。図２は、台数制御部６０の構成を示すブロック図である。図２に示すように、台数制御部６０は、複数のヒータ２０の動作を制御する。台数制御部６０は、余力蒸気量算出部６１と、増台判定部６２と、減台判定部６３と、台数設定部６４と、蒸気流量制御部６５と、を備える。

［暖気運転モードと通常運転モードについて］
台数制御部６０の備える各機能部を説明する前に、ヒータ２０の過熱蒸気を発生させるための運転モードについて説明する。ヒータ２０は、必要蒸気量を発生させて運転する通常運転モードと、運転開始時に、通常運転モードよりも少ない蒸気量を供給し、目標温度まで過熱蒸気の昇温を行う暖気運転モードと、を有する。
ヒータ制御部２１は、台数制御部６０から受信する燃焼制御信号に基づいて、ヒータ２０を暖気運転モードで燃焼制御を開始させる。
ヒータ制御部２１は、過熱蒸気温度センサ５１により検出される過熱蒸気検出温度が例えば目標温度に到達した場合、ヒータ２０の暖気運転モードでの燃焼制御を終了させて通常運転モードでの燃焼制御に移行させる。
通常運転モードに移行すると、ヒータ制御部２１は、必要蒸気量に基づいて流量調整弁１４の開度を調整する。また、ヒータ制御部２１は、過熱蒸気温度センサ５１により検出される過熱蒸気検出温度が目標温度を維持するように、連続的にバーナの燃焼量を制御する。
以上を前提として、台数制御部６０の各機能部について説明する。

台数制御部６０は、要求負荷に応じて過熱を行うヒータ２０を増台又は減台する制御を行う。このため、まず増台又は減台するための判定条件について説明する。

［増台判定について］
増台判定するためのパラメータとなる余力蒸気量と変動可能蒸気量について説明する。
余力蒸気量とは、燃焼中の各ヒータ２０について各蒸気流量計１３により検出された蒸気検出流量値の合計（実際蒸気流量）と、燃焼中の各ヒータ２０の生成することができる最大蒸気流量値の合計と、の差となる蒸気量を意味する。
余力蒸気量算出部６１は、燃焼中の各ヒータ２０について各蒸気流量計１３により検出された蒸気検出流量値の合計（実際蒸気流量）と、燃焼中の各ヒータ２０の最大蒸気流量値の合計と、の差である余力蒸気量を算出する。

変動可能蒸気量とは、予め設定される、負荷変動に対する負荷追従が燃焼中のヒータ２０の燃焼率を調整することで対応できる蒸気量を意味する。
例えば、ヒータ１台あたりの最大蒸気流量の値を変動可能蒸気量とした場合、余力蒸気量が変動可能蒸気量以上あれば、ヒータ１台あたりの最大蒸気流量に相当する負荷変動が発生したと仮定しても、燃焼中のヒータ２０に対する燃焼率を調整することで負荷追従できる。他方、余力蒸気量が変動可能蒸気量を下回る場合、ヒータ２０の燃焼台数を１台増やして、変動可能蒸気量を確保する制御を行う。

［増台判定部６２について］
このような増台制御を行うため、増台判定部６２は、余力蒸気量算出部６１により算出する余力蒸気量等に基づいて増台判定条件を満たすか否かを検知する。
具体的には、増台判定部６２は、余力蒸気量算出部６１により算出された余力蒸気量が予め設定された変動可能蒸気量を下回る状態が予め設定された第１時間（増台判定時間）継続するか否かを検知する。ここで、余力蒸気量が予め設定された変動可能蒸気量を下回った状態が第１時間（増台判定時間）継続する条件を増台判定条件という。

［減台判定について］
次に、蒸気負荷減少に伴い、ヒータ２０の燃焼台数を１台減少させるか否かを判定する減台判定について説明する。本実施形態におけるヒータ２０には、蒸気の最低流量が設定されている。このため、燃焼率が一定レベルを下回った場合に、台数制御部６０は、燃焼中のヒータ２０を１台ずつ燃焼停止させる制御（「減台制御」という）を行う。ただし、低負荷時は、最低燃焼台数の燃焼を維持する制御を行うように構成される。

［減台判定部６３について］
減台判定部６３は、燃焼中のヒータ２０の台数が予め設定された最小燃焼台数を超えている場合に、燃焼中のヒータ２０の燃焼率が予め設定された減台燃焼率以下となる状態が、予め設定された第２時間（減台判定時間）継続するか否かを検知する。ここで、燃焼率が予め設定された減台燃焼率以下の状態が、予め設定された第２時間（減台判定時間）継続する条件を減台判定条件という。

［台数設定部（増台時）について］
台数設定部６４は、要求負荷に応じて過熱を行うヒータ２０を設定する。
台数設定部６４は、増台判定部６２により予め設定された増台判定条件を満たすことが検知された場合、燃焼停止中のヒータ２０を選択し、新たに過熱を行うヒータ２０として設定する。
具体的には、台数設定部６４は、増台判定部６２により増台判定条件を満たすことが検知された場合、例えば、燃焼停止中のヒータであって積算燃焼停止時間が最も長いヒータ２０を選択し、新たに過熱を行うヒータとして設定することができる。

台数制御部６０は、台数設定部６４によって燃焼対象に設定されたヒータ２０のヒータ制御部２１に燃焼開始信号を送信する。台数制御部６０から燃焼開始信号を受信したヒータ制御部２１は、ヒータ２０の燃焼制御を開始する。
台数制御部６０は、台数設定部６４により新たに過熱を行うヒータ２０を燃焼開始させるにあたって、ヒータ２０を１台ずつ順に稼働させていくものとする。すなわち、暖機運転モードで稼働しているヒータがないことを条件に（全てのヒータ２０が稼働していない、あるいは、燃焼中のヒータ２０は全て通常運転モードで稼働していることを条件に）、新たなヒータ２０を燃焼開始すなわち、暖機運転モードから稼働させる。

［台数設定部（減台時）について］
台数設定部６４は、減台判定部６３により予め設定された減台判定条件を満たすことが検知された場合、燃焼中のヒータ２０を選択し、燃焼停止させるヒータ２０として設定する。
具体的には、台数設定部６４は、減台判定部６３により減台判定条件を満たすことが検知された場合、例えば、暖気完了のヒータであって積算燃焼時間が最も長いヒータ２０を選択し、燃焼停止するヒータとして設定することができる。

台数制御部６０は、台数設定部６４によって設定された燃焼停止対象のヒータ２０のヒータ制御部２１に燃焼停止信号を送信する。台数制御部６０から燃焼停止信号を受信したヒータ制御部２１は、ヒータ２０の燃焼を停止させるとともに、当該ヒータ２０に接続される分岐蒸気供給ライン１２に配置される流量調整弁１４を閉じる。
台数制御部６０は、台数設定部６４により選択された燃焼中のヒータ２０を燃焼停止させるにあたって、ヒータ２０を１台ずつ順に燃焼停止させていく。すなわち、暖機運転モードで稼働しているヒータがないことを条件に（全てのヒータ２０が稼働していない、あるいは、燃焼中のヒータ２０は全て通常運転モードで稼働していることを条件に）、燃焼中のヒータ２０を燃焼停止させる。

以上のように台数設定部６４を構成することで、低負荷時においても、必要な蒸気流量を確保するとともに、過熱蒸気の温度を目標温度に維持することができる。また、負荷装置の負荷変動に応じて必要過熱蒸気量に対する追従性を向上させることができ、過熱蒸気供給の安定化を図ることができる。

［過熱蒸気量の制御］
次に、蒸気流量制御部６５について説明する。蒸気流量制御部６５は、台数設定部６４により過熱を行うヒータに設定されたヒータ２０について、ヘッダ圧力センサ５２により検出された過熱蒸気ヘッダ検出圧力値が所定の圧力値を保つように、流量調整弁１４の開度を連続的に制御する。
最初に、台数設定部６４により過熱を行うヒータに設定されたヒータ２０（以下、「燃焼制御対象ヒータ２０」という）が全て通常運転モードで稼働している場合（以下、「通常運転時」という）について説明する。

［通常運転時］
通常運転時、蒸気流量制御部６５は、ヘッダ圧力センサ５２により検出される過熱蒸気ヘッダ検出圧力値が所定の圧力値を保つように、必要蒸気量を算出する。蒸気流量制御部６５は、算出した必要蒸気量に基づいて、各燃焼制御対象ヒータ２０の蒸気発生量が同じになるように、各燃焼制御対象ヒータ２０の必要蒸気発生量を算出する。蒸気流量制御部６５は、算出した燃焼制御対象ヒータ２０の必要蒸気発生量に基づいて、ヒータ制御部２１を介して、各ヒータ２０に対応する流量調整弁１４の開度を連続的に制御する。
なお、前述したように、各ヒータ２０の燃焼量（燃焼率）については、過熱蒸気温度センサ５１により検出される過熱蒸気検出温度が目標温度を維持するように、各ヒータ制御部２１により、個別に比例制御される。

［暖気運転時］
次に、燃焼制御対象ヒータ２０のうち１台が暖気運転モードの場合（以下、「暖気運転時」という）の蒸気流量制御部６５の処理について説明する。
蒸気流量制御部６５は、台数設定部６４により新たに過熱を行うヒータとして設定されたヒータ２０に対して、パージ等の後、暖気運転モードで運転させる。
より具体的には、蒸気流量制御部６５は、予め設定された第１の流量にて飽和蒸気を供給するように、当該ヒータ２０に対応する流量調整弁１４をヒータ制御部２１を介して制御する。
ここで、第１の流量は、通常運転モードにおいて要求される蒸気量よりも少ない蒸気量を設定する。例えば、通常運転モードにおける最大の蒸気量の１０〜３０％に設定してもよい。こうすることで、過熱される蒸気の温度を早く上昇させることができ、過熱蒸気の発生に係る蒸気供給量及び熱量を削減でき、暖気時間を短縮することができる。また、オーバーヒートを防止することもできる。なお、第１の流量として通常運転モードにおける最大の蒸気量の１０〜３０％に設定することは一例であって、これに限定されるものではない。

蒸気流量制御部６５は、暖気運転モードのヒータ２０が通常運転モードに移行するまでの間、必要過熱蒸気量の増加に対応するため、暖気運転モード以外の通常運転モードで稼働しているヒータ２０の蒸気流量を一時的に増加させる。こうすることで、目標温度付近の過熱蒸気の流量を増加させることで、負荷機器に供給される過熱蒸気を供給することができる。

［暖気運転終了時の蒸気量調整］
蒸気流量制御部６５は、新たに過熱を行うヒータとして設定されたヒータ２０によって過熱された過熱蒸気の温度である過熱蒸気温度センサ５１の温度検出値が所定温度（例えば、目標温度）以上となった場合（以下、「暖気運転終了時」という）に、当該ヒータ２０の供給する過熱蒸気量をさらに増加させるように、当該ヒータ２０に対応する流量調整弁１４をヒータ制御部２１を介して制御する。
蒸気流量制御部６５は、既に通常運転モードで稼働しているヒータ２０の過熱蒸気量を減少させるように、当該ヒータ２０に対応する流量調整弁１４をヒータ制御部２１を介して制御する。

この際、蒸気流量制御部６５は、暖気運転を終了したヒータ２０の過熱蒸気量を増加させる。このとき、既に通常運転モードで稼働しているヒータ２０のヒータ制御部２１は、ヘッダ圧力センサ５２の圧力が一定になるように流量調整弁１４を制御し、過熱蒸気量を減少させる。
また、蒸気流量制御部６５は、暖気運転を終了したヒータ２０の過熱蒸気量の増加速度が、予め設定された第１速度を超えないように流量調整弁１４を制御するようにしてもよい。
また、蒸気流量制御部６５は、暖気運転を終了したヒータ２０における過熱蒸気温度センサ５１の温度検出値の目標温度からの偏差と、既に通常運転モードで稼働しているヒータ２０における過熱蒸気温度センサ５１の温度検出値の目標温度からの偏差と、が互いに相殺することで、全体の過熱蒸気温度が目標温度になるように、流量調整弁１４を制御するように構成してもよい。
そうすることで、蒸気流量変化に伴うオーバーシュート及びアンダーシュートを相殺させることができ、負荷機器に供給される過熱蒸気の温度を目標温度を保つように維持させることができる。

以上のように、蒸気流量制御部６５は、通常運転時には、暖気運転を終了したヒータ２０を含む、過熱を行う燃焼中の各ヒータ２０の蒸気流量（蒸気発生量）が全て同じ値となるように制御する。

［動作説明］
次に、図３及び図４を参照して、複数のヒータ２０を備える蒸気過熱システム１における増台制御及び減台制御の動作について説明する。図３には、例示的に１号機から５号機までの５台のヒータ２０を備える蒸気過熱システム１において、蒸気負荷増加に伴い、増台制御する場合の動作例を示す。図４には、例示的に１号機から５号機までの５台のヒータ２０を備える蒸気過熱システム１において、蒸気負荷減少に伴い、減台制御する場合の動作例を示す。
図３及び図４において、横軸は時間を、縦軸は蒸気量及びヒータ２０の負荷率（燃焼率）を表す。

［増台制御時の動作］
まず、蒸気過熱システム１の増台制御時の動作について、図３を参照して説明する。
図３を参照すると、時間ｔ_０からｔ_１にかけて、１号機〜３号機のヒータが負荷率５０％で稼働している。
その後、時間ｔ_１において、必要蒸気量が増加し、時間ｔ_２において、１号機〜３号機による余力蒸気量が変動可能蒸気量を下回る状態が発生する。
時間ｔ_３において、増台判定部６２は、１号機〜３号機による余力蒸気量が変動可能蒸気量を下回る状態が増台判定時間継続したことを検知する。
時間ｔ_３において、増台判定部６２により増台判定条件を満たすことが検知されたため、台数設定部６４は、燃焼停止中のヒータ２０（４号機）を選択し、新たに過熱を行うヒータ２０として設定する。
時間ｔ_３において、台数制御部６０は、４号機（ヒータ制御部２１）に燃焼開始信号を送信することで、４号機（ヒータ制御部２１）に燃焼制御を開始させる。

４号機は、パージ工程等を経て、時間ｔ_４において、暖気運転モードで燃焼制御を開始する。他方、蒸気流量制御部６５は、１号機〜３号機の生成する蒸気流量を増加させることで、目標温度付近の過熱蒸気の流量を増加させる。
これにより、負荷機器に要求される過熱蒸気量を供給することができる。

時間ｔ_５において、４号機における過熱蒸気温度センサ５１の温度検出値が目標温度以上となると、蒸気流量制御部６５は、４号機の供給する過熱蒸気量を増加させる。これにより、４号機を暖気運転モードから通常運転モードに移行させる。
時間ｔ_５から時間ｔ_６にかけて、蒸気流量制御部６５は、暖気運転を終了した４号機の過熱蒸気量を増加させる。このとき、既に通常運転モードで稼働している１号機〜３号機のヒータ制御部２１は、ヘッダ圧力センサ５２の圧力が一定になるように流量調整弁１４を制御し、過熱蒸気量を減少させる。
これにより、蒸気流量変化に伴うオーバーシュート及びアンダーシュートを相殺させることができ、負荷機器に供給される過熱蒸気の温度を目標温度を保つように維持させることができる。
なお、時間ｔ_５から時間ｔ_６にかけて、蒸気流量制御部６５は、暖気運転を終了した４号機の過熱蒸気量の増加速度が、予め設定された第１速度を超えないように流量調整弁１４を制御するようにしてもよい。
また、蒸気流量制御部６５は、暖気運転を終了した４号機における過熱蒸気温度センサ５１の温度検出値の目標温度からの偏差と、既に通常運転モードで稼働している１号機〜３号機における過熱蒸気温度センサ５１の温度検出値の目標温度からの偏差と、が互いに相殺することで、全体の過熱蒸気温度が目標温度になるように、流量調整弁１４を制御するように構成してもよい。

蒸気流量制御部６５は、４号機の蒸気発生量を増加させることで、時間ｔ_７において、４号機の蒸気発生量は１号機〜３号機の蒸気発生量と同じになる。

時間ｔ_７以降も依然として必要蒸気量が増加し、時間ｔ_８において、１号機〜４号機による余力蒸気量が変動可能蒸気量を下回る状態が発生する。
時間ｔ_９において、増台判定部６２は、１号機〜４号機による余力蒸気量が変動可能蒸気量を下回る状態が増台判定時間継続したことを検知する。
時間ｔ_９において、増台判定部６２により増台判定条件を満たすことが検知されたため、台数設定部６４は、燃焼停止中のヒータ２０（５号機）を選択し、新たに過熱を行うヒータ２０として設定する。
時間ｔ_９において、台数制御部６０は、５号機（ヒータ制御部２１）に燃焼開始信号を送信することで、５号機（ヒータ制御部２１）に燃焼制御を開始させる。

５号機は、プレパージ工程等を経て、時間ｔ_１０において、暖気運転モードで燃焼制御を開始する。他方、蒸気流量制御部６５は、１号機〜４号機の生成する蒸気流量を増加させることで、目標温度付近の過熱蒸気の流量を増加させる。
これにより、負荷機器に要求される過熱蒸気量を供給することができる。

時間ｔ_１１において、５号機における過熱蒸気温度センサ５１の温度検出値が目標温度以上となると、蒸気流量制御部６５は、５号機の供給する過熱蒸気量を増加させる。これにより、５号機を暖気運転モードから通常運転モードに移行させる。
時間ｔ_１１から時間ｔ_１２にかけて、蒸気流量制御部６５は、暖気運転を終了した５号機の過熱蒸気量を増加させる。このとき既に通常運転モードで稼働している１号機〜４号機のヒータ制御部２１は、ヘッダ圧力センサ５２の圧力が一定になるように流量調整弁１４を制御し、過熱蒸気量を減少させる。
これにより、負荷機器の要求する過熱蒸気流量を相殺できるとともに、蒸気流量変化に伴うオーバーシュート及びアンダーシュートを相殺させることができ、負荷機器に供給される過熱蒸気の温度を目標温度を保つように維持させることができる。

その後、蒸気流量制御部６５は、引き続き５号機の過熱蒸気量を増加させることで、５号機の蒸気発生量が１号機〜４号機の蒸気発生量と同じになる。

以上のように、必要蒸気量が増加して増台する場合であっても、蒸気流量制御部６５は、暖気運転を終了した４号機の過熱蒸気量を増加させる。このとき既に通常運転モードで稼働している１号機〜３号機のヒータ制御部２１は、ヘッダ圧力センサ５２の圧力が一定になるように流量調整弁１４を制御し、過熱蒸気量を減少させる。
これにより、蒸気流量変化に伴うオーバーシュート及びアンダーシュートを相殺させることができ、負荷機器に供給される過熱蒸気の温度を目標温度を保つように維持させることができる。
なお、時間ｔ_１１から時間ｔ_１２にかけて、蒸気流量制御部６５は、暖気運転を終了したヒータ２０の過熱蒸気量の増加速度が、予め設定された第１速度を超えないように流量調整弁１４を制御するようにしてもよい。
また、蒸気流量制御部６５は、暖気運転を終了した５号機における過熱蒸気温度センサ５１の温度検出値の目標温度からの偏差と、既に通常運転モードで稼働している１号機〜４号機における過熱蒸気温度センサ５１の温度検出値の目標温度からの偏差と、が互いに相殺することで、全体の過熱蒸気温度が目標温度になるように、流量調整弁１４を制御するように構成してもよい。

［減台制御時の動作］
次に、蒸気過熱システム１の減台制御時の動作について、図４を参照して説明する。
図４を参照すると、時間ｔ_０からｔ_１にかけて、必要蒸気量が減少し、１号機〜５号機のヒータの燃焼率が低下している。
その後、時間ｔ_１において、１号機〜５号機のヒータの燃焼率が５０％（減台燃焼率）以下となる状態が発生した。
その後も必要蒸気量が減少し、時間ｔ_２において、減台判定部６３は、１号機〜５号機のヒータの燃焼率が減台燃焼率以下となる状態が、減台判定時間継続したことを検知する。
時間ｔ_２において、減台判定部６３により減台判定条件を満たすことが検知されたため、台数設定部６４は、１号機を燃焼停止ヒータとして設定する。
時間ｔ_２において、台数制御部６０は、１号機に燃焼停止信号を送信することで、１号機は燃焼を停止する。

時間ｔ_２において、１号機を燃焼停止させたことで、蒸気流量制御部６５は、必要蒸気量を生成させるために、２号機〜５号機の燃焼率が一時的に上げる。
必要蒸気量は依然として減少し、時間ｔ_３において、２号機〜５号機の燃焼率が５０％（減台燃焼率）以下となる状態が発生した。
その後も必要蒸気量が減少し、時間ｔ_４において、減台判定部６３は、２号機〜５号機のヒータの燃焼率が減台燃焼率以下となる状態が、減台判定時間継続したことを検知する。
時間ｔ_４において、減台判定部６３により減台判定条件を満たすことが検知されたため、台数設定部６４は、２号機を燃焼停止ヒータとして設定する。
時間ｔ_４において、台数制御部６０は、２号機に燃焼停止信号を送信することで、２号機は燃焼を停止する。

時間ｔ_４において、２号機を燃焼停止させたことで、蒸気流量制御部６５は、必要蒸気量を生成させるために、３号機〜５号機の燃焼率を一時的に上げる。

以上のように、必要蒸気量が減少して減台する場合であっても、必要な蒸気流量を確保するとともに、過熱蒸気の温度を目標温度に維持することができる。
以上説明した本実施形態の蒸気過熱システム１によれば、以下のような効果を奏する。

本実施形態の蒸気過熱システム１は、複数のヒータ２０におけるそれぞれの過熱蒸気検出温度に基づいてそれぞれのヒータの燃焼量を連続的に制御する複数のヒータ制御部２１と、複数のヒータ２０を制御する台数制御部６０と、を備え、台数制御部６０は、要求負荷に応じて過熱を行うヒータ２０を設定する台数設定部６４と、台数設定部６４により過熱を行うヒータに設定されたヒータ２０について、ヘッダ圧力センサ５２により検出された過熱蒸気ヘッダ検出圧力値が所定の圧力値を保つように、流量調整弁１４の開度を連続的に制御する蒸気流量制御部６５と、を備える。
これにより、負荷に応じて必要な蒸気流量を確保するとともに、過熱蒸気の温度を目標温度に維持することができる。また、負荷装置の負荷変動に応じて必要過熱蒸気量に対する追従性を向上させることができ、過熱蒸気供給の安定化を図ることができる。

また、台数制御部６０は、余力蒸気量算出部６１により算出された余力蒸気量が変動可能蒸気量を下回った状態が増台判定時間継続する増台判定条件を満たすか否かを検知する増台判定部６２を備え、台数設定部６４は、増台判定部６２により増台判定条件を満たすことが検知された場合、燃焼停止中のヒータ２０を選択し、新たに過熱を行うヒータとして設定する。
これにより、余力蒸気量が予め設定された変動可能蒸気量以上ある場合は、負荷変動に対する負荷追従は、燃焼中の蒸気過熱装置に対する燃焼量調整で行え、余力蒸気量が予め設定された変動蒸気量を下回る場合は、燃焼させる蒸気過熱装置を増やすことで、余力蒸気量を確保することができる。

また、蒸気流量制御部６５は、台数設定部６４により新たに過熱を行うヒータとして設定されたヒータ２０を、暖気運転モードで運転させ、過熱蒸気温度センサ５１の温度検出値が目標温度以上となった場合に通常運転モードに移行させ、当該ヒータ２０の過熱蒸気量をさらに増加させるように流量調整弁１４を制御するとともに、既に燃焼しているヒータ２０の過熱蒸気量を減少させるように流量調整弁１４を制御する。
これにより、新たに設定されたヒータ２０が目標温度の過熱蒸気を生成できるまでは、既燃焼中のヒータ２０の過熱蒸気量を増やすことで、必要過熱蒸気量を維持し、新たに設定されたヒータ２０が目標温度の過熱蒸気を生成できるようになった以降は、当該ヒータ２０を含む燃焼中のヒータ２０がそれぞれ、同じ量の過熱蒸気を出力するように、複数のヒータ２０を効率よく運転させることができる。

また、蒸気流量制御部６５は、新たに過熱を行うヒータとして設定されたヒータ２０について暖気運転終了時に、当該ヒータ２０の過熱蒸気量を増加させる。このとき、既に通常運転モードで稼働しているヒータ２０のヒータ制御部２１は、ヘッダ圧力センサ５２の圧力が一定になるように流量調整弁１４を制御し、過熱蒸気量を減少させる。
こうすることで、蒸気流量変化に伴うオーバーシュート及びアンダーシュートを相殺させることができ、過熱蒸気の温度を目標温度を保つように維持させることができる。

また、蒸気流量制御部６５は、新たに過熱を行うヒータとして設定されたヒータ２０について暖気運転終了時に、当該ヒータ２０の過熱蒸気量の増加速度が、予め設定された第１速度を超えないように流量調整弁１４を制御する。
こうすることで、蒸気流量変化に伴うオーバーシュート及びアンダーシュートを相殺させることができ、過熱蒸気の温度を目標温度を保つように維持させることができる。

また、蒸気流量制御部６５は、新たに過熱を行うヒータとして設定されたヒータ２０について暖気運転終了時に、過熱蒸気温度センサ５１の温度検出値の目標温度からの偏差と、既に通常運転モードで稼働しているヒータ２０の過熱蒸気温度センサ５１の温度検出値の目標温度からの偏差と、が互いに相殺されるように、流量調整弁１４を制御する。
こうすることで、蒸気流量変化に伴うオーバーシュート及びアンダーシュートを相殺させることができ、過熱蒸気の温度を目標温度を保つように維持させることができる。

以上、本発明の蒸気過熱装置の好ましい各実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

［変形例１］
本実施形態において、ヒータ２０をガス焚きの燃焼バーナ方式を適用したが、これに限定されない。例えば、ハロゲンランプ等の別の手段で加熱を行う構成にしてもよい。

［変形例２］本実施形態において、台数制御部６０は、ヒータ制御部２１を介して流量調整弁１４を制御しているが、台数制御部６０が、流量調整弁１４の開度を直接調整するようにしてもよい。

１蒸気過熱システム
１０蒸気供給ライン
１１メイン蒸気供給ライン
１２分岐蒸気供給ライン
１３蒸気流量計
１４流量調整弁
１５ドレンライン
１６スチームトラップ
１７ドレン排出弁
２０ヒータ（蒸気過熱装置）
２１ヒータ制御部
２５筐体
２６蒸気流通パイプ
３０燃料供給ライン
３１メイン燃料供給ライン
３２分岐燃料供給ライン
３３燃料調整弁
４０過熱蒸気供給ライン
４１過熱蒸気ライン
４２過熱蒸気集合ライン
４３過熱蒸気ヘッダ
５１過熱蒸気温度センサ
５２ヘッダ圧力センサ
６０台数制御部（制御部）
６１余力蒸気量算出部
６２増台判定部
６３減台判定部
６４台数設定部
６５蒸気流量制御部

Claims

上流側が蒸気発生装置に接続されるメイン蒸気供給ライン及び該メイン蒸気供給ラインから分岐する複数の分岐蒸気供給ラインを有する蒸気供給ラインと、
前記複数の分岐蒸気供給ラインそれぞれに配置される複数の流量調整弁と、
前記複数の分岐蒸気供給ラインの下流側にそれぞれ接続され、該分岐蒸気供給ラインから供給される飽和蒸気を過熱する複数の蒸気過熱装置と、
上流側がそれぞれ前記複数の蒸気過熱装置に接続され該蒸気過熱装置で過熱された過熱蒸気が流通する複数の過熱蒸気ライン及び該複数の過熱蒸気ラインの下流側が接続され該複数の過熱蒸気ラインを流通した過熱蒸気が集合される過熱蒸気集合ラインを有する過熱蒸気供給ラインと、
前記複数の過熱蒸気ラインそれぞれに対応して配置され該過熱蒸気ラインにおける過熱蒸気の温度を検出する複数の過熱蒸気温度センサと、
前記複数の分岐蒸気供給ラインそれぞれに配置され、前記分岐蒸気供給ラインを流れる蒸気の流量を検出する複数の蒸気流量計と、
前記過熱蒸気集合ラインの下流側に接続される過熱蒸気ヘッダと、
前記過熱蒸気ヘッダの内部の圧力を検出するヘッダ圧力センサと、
前記複数の蒸気過熱装置を制御する制御部と、を備える蒸気過熱システムであって、
前記複数の蒸気過熱装置は、
前記複数の過熱蒸気温度センサそれぞれにより検出された過熱蒸気検出温度に基づいて連続的に該蒸気過熱装置の燃焼量を制御する蒸気過熱装置制御部を備え、
前記制御部は、
要求負荷に応じて過熱を行う蒸気過熱装置を設定する台数設定部と、
前記台数設定部により過熱を行う蒸気過熱装置に設定された蒸気過熱装置について、前記ヘッダ圧力センサにより検出された前記過熱蒸気ヘッダ検出圧力値が所定の圧力値を保つように、前記流量調整弁の開度を連続的に制御する蒸気流量制御部と、
燃焼中の前記蒸気過熱装置について前記蒸気流量計により検出された蒸気検出流量値の合計と、燃焼中の前記蒸気過熱装置の最大蒸気流量値の合計との差である余力蒸気量を算出する余力蒸気量算出部と、
前記余力蒸気量算出部により算出された余力蒸気量が予め設定された変動可能蒸気量を下回った状態が予め設定された第１時間継続する増台判定条件を満たすか否かを検知する増台判定部と、を備え、
前記台数設定部は、
前記増台判定部により前記増台判定条件を満たすことが検知された場合、燃焼停止中の前記蒸気過熱装置を選択し、新たに過熱を行う蒸気過熱装置として設定し、
前記蒸気流量制御部は、
前記台数設定部により新たに過熱を行う蒸気過熱装置として設定された蒸気過熱装置に対して、第１の流量にて飽和蒸気を供給するように前記流量調整弁を制御し、
前記新たに設定された蒸気過熱装置について前記過熱蒸気温度センサの温度検出値が所定温度以上となった場合に、前記新たに設定された蒸気過熱装置の過熱蒸気量をさらに増加させるように前記流量調整弁を制御するとともに、既に燃焼している蒸気過熱装置の過熱蒸気量を減少させるように前記流量調整弁を制御する、蒸気過熱システム。
前記蒸気流量制御部は、
前記新たに設定された蒸気過熱装置について前記過熱蒸気温度センサの温度検出値が所定温度以上となった場合に、前記新たに設定された蒸気過熱装置の過熱蒸気量を増加させ、
前記既に燃焼している蒸気過熱装置のヒータ制御部は、
前記ヘッダ圧力センサにより検出される前記過熱蒸気ヘッダ検出圧力が一定になるように前記流量調整弁を制御し、過熱蒸気量を減少させる、請求項１に記載の蒸気過熱システム。
前記蒸気流量制御部は、
前記新たに設定された蒸気過熱装置について前記過熱蒸気温度センサの温度検出値が所定温度以上となった場合に、前記新たに設定された蒸気過熱装置の過熱蒸気量の増加速度が、予め設定された第１速度を超えないように前記流量調整弁を制御する、請求項１に記載の蒸気過熱システム。
前記蒸気流量制御部は、
前記新たに設定された蒸気過熱装置について前記過熱蒸気温度センサの温度検出値が所定温度以上となった場合に、該過熱蒸気温度センサの温度検出値の目標温度からの偏差と、既に燃焼している前記蒸気過熱装置の前記過熱蒸気温度センサの温度検出値の前記目標温度からの偏差と、が互いに相殺されるように、前記流量調整弁を制御する、請求項１に記載の蒸気過熱システム。